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JPWO2006095416A1 - High frequency amplifier with attenuator - Google Patents

High frequency amplifier with attenuator Download PDF

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JPWO2006095416A1
JPWO2006095416A1 JP2007506949A JP2007506949A JPWO2006095416A1 JP WO2006095416 A1 JPWO2006095416 A1 JP WO2006095416A1 JP 2007506949 A JP2007506949 A JP 2007506949A JP 2007506949 A JP2007506949 A JP 2007506949A JP WO2006095416 A1 JPWO2006095416 A1 JP WO2006095416A1
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drain
input
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英樹 加納
英樹 加納
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Fujitsu Ltd
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Abstract

アンテナからの受信信号が入力される入力端子を有し受信信号を増幅する高周波増幅器において,ゲートが高周波的に接地され,ソースに入力端子が接続されるゲート接地トランジスタと,当該トランジスタのドレインと電源との間に設けられる負荷素子と,ドレインと負荷素子との接続ノードに接続された出力端子とを有し,さらに,ドレインと出力端子との間に選択的に挿入される減衰器を有する。ゲート接地トランジスタの後段にスイッチを介して減衰器が選択的に挿入可能な構成になっている。したがって,入力端子とアンテナとの間に減衰器や切り換えスイッチが設けられていないので熱雑音源がなく,雑音指数の劣化を抑えることができる。また,減衰器を抵抗素子により構成することで,広帯域で入力インピーダンスを整合させることができる。In a high-frequency amplifier having an input terminal for receiving a reception signal from an antenna and amplifying the reception signal, a gate-grounded transistor having a gate grounded at a high frequency and an input terminal connected to a source, a drain of the transistor and a power source , An output terminal connected to a connection node between the drain and the load element, and an attenuator selectively inserted between the drain and the output terminal. An attenuator can be selectively inserted through a switch after the gate-grounded transistor. Therefore, since no attenuator or changeover switch is provided between the input terminal and the antenna, there is no thermal noise source, and deterioration of the noise figure can be suppressed. Also, by configuring the attenuator with a resistance element, it is possible to match the input impedance over a wide band.

Description

本発明は,減衰器を備えた高周波増幅器に関し,特に,無線受信機のアンテナ側のフロントエンド回路に設けられる減衰機能を備えた高周波低雑音増幅器に関する。   The present invention relates to a high-frequency amplifier having an attenuator, and more particularly to a high-frequency low-noise amplifier having an attenuation function provided in a front-end circuit on the antenna side of a radio receiver.

無線受信器のフロントエンドには,受信信号を増幅するための高周波低雑音増幅器が設けられている。この高周波低雑音増幅器は,雑音の増加を抑えながら、受信アンテナから入力される微少な受信信号の振幅を増幅することと,所定の入力インピーダンスを有することが求められている。受信アンテナは,微少な受信信号以外に強電界入力信号を受信することがある。したがって,かかる強電界入力信号を減衰するために増幅器には減衰器を設ける必要がある。   The front end of the wireless receiver is provided with a high frequency low noise amplifier for amplifying the received signal. This high-frequency low-noise amplifier is required to amplify the amplitude of a minute reception signal input from the reception antenna and to have a predetermined input impedance while suppressing an increase in noise. The reception antenna may receive a strong electric field input signal in addition to a minute reception signal. Therefore, it is necessary to provide an attenuator in the amplifier in order to attenuate such a strong electric field input signal.

一方で,近年においてCMOS回路によりフロントエンド回路を構成し,後段のベースバンド信号をデジタルで処理する回路と共通のチップで実現することが提案されている。フロントエンド回路とデジタル処理回路とを共にCMOS回路で構成することにより1チップ化することができ,大幅なコストダウンを図ることができる。   On the other hand, in recent years, it has been proposed that a front-end circuit is constituted by a CMOS circuit and is realized by a chip that is shared with a circuit for processing a baseband signal at a subsequent stage digitally. By configuring both the front-end circuit and the digital processing circuit as a CMOS circuit, it can be made into one chip, and the cost can be greatly reduced.

図1,図2は,従来のフロントエンド回路の構成図である。図1の例では,アンテナ10と高周波低雑音増幅器16との間に可変減衰器14が設けられている。低雑音増幅器16の後段には,ローカル発振器20からの信号を乗算するミキサー18が設けられ,高周波入力信号が中間周波数またはベースバンドの信号に変換される。可変減衰器14は,後段からのフィードバック制御信号22に応答して,減衰をするまたはしないに可変制御される。強電界入力が受信された時は,可変減衰器14が減衰を行い,低雑音増幅器16が飽和しないようにする。通常レベルの入力が受信される時は,可変減衰器14は減衰を行うことなく,受信信号がそのまま低雑音増幅器16に入力される。かかる従来技術は,特許文献1に記載されている。   1 and 2 are configuration diagrams of a conventional front-end circuit. In the example of FIG. 1, a variable attenuator 14 is provided between the antenna 10 and the high frequency low noise amplifier 16. A mixer 18 that multiplies the signal from the local oscillator 20 is provided at the subsequent stage of the low noise amplifier 16, and the high frequency input signal is converted into an intermediate frequency or baseband signal. The variable attenuator 14 is variably controlled with or without attenuation in response to a feedback control signal 22 from the subsequent stage. When a strong electric field input is received, the variable attenuator 14 attenuates so that the low noise amplifier 16 is not saturated. When the normal level input is received, the variable attenuator 14 does not perform the attenuation, and the received signal is directly input to the low noise amplifier 16. Such prior art is described in Patent Document 1.

図2の例では,低雑音増幅器16と減衰器15とが並列に設けられ,スイッチSWにより受信信号を低雑音増幅器16を介してミキサー18に供給する場合と,減衰器15を介してミキサー18に供給する場合とが切り換えられる。スイッチSWは,後段からのフィードバック制御信号24により切り換え制御される。強電界入力が受信された時は,減衰器15側に切り換えられ,減衰器15が減衰を行う。一方,通常レベルの入力が受信される時は,低雑音増幅器16側に切り換えられ,受信信号が低雑音増幅器16により増幅される。かかる従来技術は,特許文献2.3に記載されている。
特開2002−94408号公報 特開2000−174650号公報 特表2000−508497号公報
In the example of FIG. 2, the low noise amplifier 16 and the attenuator 15 are provided in parallel, and the received signal is supplied to the mixer 18 via the low noise amplifier 16 by the switch SW, and the mixer 18 via the attenuator 15. Is switched to the case of supplying to. The switch SW is switched and controlled by a feedback control signal 24 from the subsequent stage. When a strong electric field input is received, it is switched to the attenuator 15 side, and the attenuator 15 attenuates. On the other hand, when a normal level input is received, switching to the low noise amplifier 16 side is performed, and the received signal is amplified by the low noise amplifier 16. Such prior art is described in Patent Document 2.3.
JP 2002-94408 A JP 2000-174650 A JP 2000-508497 A

図1の回路例では,低雑音増幅器16の前段に熱雑音源となる素子からなる可変減衰器14が設けられているため,雑音指数NFが劣化する。可変減衰器14は,例えばT字型の抵抗素子回路により構成され,抵抗値Rにつき<v>2=4kTR(Tは温度)の熱雑音を発生するので,この可変減衰器14を設けると,低雑音増幅器16の入力信号にその熱雑音が加えられ好ましくない。たとえ増幅器16が低雑音であっても,入力信号に熱雑音が加えられると,全体の雑音指数(入力信号のS/N比と出力信号のS/N比の比)が劣化する。同様に,図2の回路例では,低雑音増幅器16の前段に切り換えスイッチSWが設けられている。この切り換えスイッチSWは,例えばMOSトランジスタで構成され,トランジスタも熱雑音の発生源である。したがって,図2の回路の場合も,雑音指数が劣化する。In the circuit example of FIG. 1, since the variable attenuator 14 composed of an element serving as a thermal noise source is provided before the low noise amplifier 16, the noise figure NF deteriorates. The variable attenuator 14 is composed of, for example, a T-shaped resistor element circuit, and generates thermal noise of <v> 2 = 4 kTR (T is temperature) for the resistance value R. When this variable attenuator 14 is provided, The thermal noise is added to the input signal of the low noise amplifier 16, which is not preferable. Even if the amplifier 16 has low noise, if thermal noise is added to the input signal, the overall noise figure (the ratio of the S / N ratio of the input signal to the S / N ratio of the output signal) deteriorates. Similarly, in the circuit example of FIG. 2, a changeover switch SW is provided in the preceding stage of the low noise amplifier 16. This change-over switch SW is formed of, for example, a MOS transistor, and the transistor is also a source of thermal noise. Therefore, the noise figure also deteriorates in the case of the circuit of FIG.

そこで,本発明の目的は,雑音指数の劣化を低減した減衰器つき高周波増幅器を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-frequency amplifier with an attenuator in which deterioration of noise figure is reduced.

上記の目的を達成するために,本発明の第1の側面によれば,アンテナからの受信信号が入力される入力端子を有し受信信号を増幅する高周波増幅器において,ゲートが高周波的に接地され,ソースに前記入力端子が接続されるゲート接地トランジスタと,当該トランジスタのドレインと電源との間に設けられる負荷素子と,前記ドレインと負荷素子との接続ノードに接続された出力端子とを有し,さらに,前記ドレインと出力端子との間に選択的に挿入される減衰器を有する。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in a high-frequency amplifier having an input terminal for receiving a reception signal from an antenna and amplifying the reception signal, the gate is grounded at a high frequency. , A grounded-gate transistor having the input terminal connected to the source, a load element provided between the drain of the transistor and a power supply, and an output terminal connected to a connection node between the drain and the load element And an attenuator selectively inserted between the drain and the output terminal.

上記の第1の側面によれば,ゲート接地トランジスタの後段にスイッチを介して減衰器が選択的に挿入可能な構成になっている。したがって,入力端子とアンテナとの間に減衰器や切り換えスイッチが設けられていないので熱雑音源がなく,雑音指数の劣化を抑えることができる。   According to the first aspect described above, the attenuator can be selectively inserted through the switch after the common gate transistor. Therefore, since no attenuator or changeover switch is provided between the input terminal and the antenna, there is no thermal noise source, and deterioration of the noise figure can be suppressed.

上記の第1の側面において,好ましい実施例によれば,ゲート接地トランジスタのドレインと出力端子との間に第1のスイッチトランジスタが設けられ,さらに,前記ドレインと減衰器との間に第2のスイッチトランジスタが,前記減衰器と出力端子との間に第3のスイッチトランジスタがそれぞれ設けられ,第1のスイッチトランジスタが導通,第2及び第3のスイッチトランジスタが非導通の状態で減衰なしの増幅器となり,第1のスイッチトランジスタが非導通,第2及び第3のスイッチトランジスタが導通の状態で減衰つき増幅器となる。   In the first aspect described above, according to a preferred embodiment, a first switch transistor is provided between the drain of the common-gate transistor and the output terminal, and a second switch transistor is provided between the drain and the attenuator. The switch transistor is provided with a third switch transistor between the attenuator and the output terminal, the first switch transistor is conductive, and the second and third switch transistors are non-conductive and the amplifier is not attenuated. Thus, an amplifier with attenuation is obtained when the first switch transistor is non-conductive and the second and third switch transistors are conductive.

上記の好ましい実施例において,減衰器は,第2及び第3のスイッチトランジスタの間に設けられる第1のインピーダンス素子と,前記第1のインピーダンス素子と電源との間に設けられる第2のインピーダンス素子とを有し,第2のインピーダンス素子と前記負荷素子とが並列に接続される。   In the above preferred embodiment, the attenuator includes a first impedance element provided between the second and third switch transistors, and a second impedance element provided between the first impedance element and the power source. The second impedance element and the load element are connected in parallel.

上記の減衰器は,さらに,前記第1のインピーダンス素子と出力端子との間に第3のインピーダンス素子を加えても良い。   The attenuator may further include a third impedance element between the first impedance element and the output terminal.

上記の減衰器において,第1,第2,第3のインピーダンス素子は,抵抗素子,容量素子のいずれかであればよい。特に抵抗素子の場合,高周波特性が少ないので,広帯域で入力インピーダンスを所望の値に調整することができる。   In the attenuator, the first, second, and third impedance elements may be any one of a resistance element and a capacitance element. In particular, in the case of a resistance element, since the high frequency characteristics are small, the input impedance can be adjusted to a desired value over a wide band.

また高周波信号を扱う場合には、上記の増幅器の負荷素子として、抵抗の代わりにインダクタも使用できる。   When a high frequency signal is handled, an inductor can be used instead of a resistor as the load element of the amplifier.

減衰器がドレインと出力端子間に挿入されるので,入力端子の前段に減衰器やスイッチング素子を設ける必要がなく,熱雑音の発生源がなく,雑音指数の劣化を防止できる。さらに,ゲート接地トランジスタを利用するゲート接地アンプであるので,トランジスタの相互コンダクタンスgm(ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化の割合)を調整することで広い帯域で入力インピーダンスを調整することができる。したがって,本発明の低雑音増幅器は,広帯域で入力インピーダンスを所望の値に設定することができる。   Since the attenuator is inserted between the drain and the output terminal, it is not necessary to provide an attenuator or a switching element in front of the input terminal, there is no source of thermal noise, and noise factor degradation can be prevented. Further, since the grounded-gate amplifier uses a grounded-gate transistor, the input impedance can be adjusted in a wide band by adjusting the transconductance gm of the transistor (the ratio of the change in the drain current to the change in the gate voltage). Therefore, the low noise amplifier of the present invention can set the input impedance to a desired value in a wide band.

従来のフロントエンド回路の構成図である。It is a block diagram of the conventional front end circuit. 従来のフロントエンド回路の構成図である。It is a block diagram of the conventional front end circuit. 本発明の原理図である。It is a principle diagram of the present invention. 第1の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the high frequency low noise amplifier in a 1st embodiment. 第2の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the high frequency low noise amplifier in 2nd Embodiment. 第3の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the high frequency low noise amplifier in 3rd Embodiment. 第4の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of the high frequency low noise amplifier in 4th Embodiment. 本実施の形態における減衰器付き増幅器のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the amplifier with an attenuator in this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

Tr1:ゲート接地トランジスタ IN:入力端子
OUT:出力端子 Tr2:スイッチトランジスタ
Tr3,Tr4:スイッチトランジスタ ATT:減衰器
R1:負荷素子
Tr1: Common gate transistor IN: Input terminal OUT: Output terminal Tr2: Switch transistor Tr3, Tr4: Switch transistor ATT: Attenuator R1: Load element

以下,図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し,本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof.

図3は,本発明の原理図である。アンテナ10に接続される高周波低雑音増幅器30は,その内部に減衰器32を有し,入力端子INとアンテナ10との間には,減衰器は設けられず,減衰器を挿入するスイッチ素子も設けられていない。そして,減衰器32は,後段からのフィードバック制御信号34に応答して,増幅器30に減衰機能を挿入または非挿入する。増幅器30の出力は,例えばミキサー18に供給され,そこで周波数変換される。   FIG. 3 is a principle diagram of the present invention. The high frequency low noise amplifier 30 connected to the antenna 10 has an attenuator 32 therein, and no attenuator is provided between the input terminal IN and the antenna 10, and a switch element for inserting the attenuator is also provided. Not provided. The attenuator 32 inserts or does not insert an attenuation function into the amplifier 30 in response to the feedback control signal 34 from the subsequent stage. The output of the amplifier 30 is supplied to, for example, the mixer 18 where the frequency is converted.

図4は,第1の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。この高周波増幅器は,ゲート接地のトランジスタTr1を利用した増幅回路と,減衰器ATTとで構成される。この増幅用トランジスタTr1のゲートには,抵抗R2を介して第1のバイアス電圧Bias1に容量C1を介してグランド端子GNDにそれぞれ接続され,高周波的に接地されている。この第1のバイアス電圧Bias1のバイアス回路は、理想的な回路であれば信号の周波数帯でインピーダンスが十分低く,その場合はトランジスタTr1のゲートを直接第1のバイアス電圧Bias1に接続して,抵抗R2や容量C1の回路は必要がない。また,信号が低い周波数帯では,容量C1のインピーダンスが高く見えるので,その場合は抵抗R2と容量C1をなくすほうがよい。また,トランジスタTr1のソースSCは,入力端子INに接続されると共に,インダクタL1を介して第2のバイアス電圧Bias2に接続される。さらに,トランジスタTr1のドレインDRは,スイッチトランジスタTr2と抵抗R1からなる負荷素子を介して電源VDDに接続される。そして,負荷素子R1とドレインDRとの接続点に出力端子OUTが設けられる。このスイッチトランジスタTr2は,ゲート接地トランジスタでもあり、増幅器としては、ゲート接地トランジスタを従属接続した構成になっている。   FIG. 4 is a circuit diagram of the high-frequency low-noise amplifier in the first embodiment. This high-frequency amplifier is composed of an amplifying circuit using a gate-grounded transistor Tr1 and an attenuator ATT. The gate of the amplifying transistor Tr1 is connected to the first bias voltage Bias1 via the resistor R2 and to the ground terminal GND via the capacitor C1, and is grounded at high frequency. If the bias circuit of the first bias voltage Bias1 is an ideal circuit, the impedance is sufficiently low in the signal frequency band. In that case, the gate of the transistor Tr1 is directly connected to the first bias voltage Bias1 to provide a resistor. There is no need for a circuit of R2 or capacitor C1. Also, in the frequency band where the signal is low, the impedance of the capacitor C1 looks high. In this case, it is better to eliminate the resistor R2 and the capacitor C1. The source SC of the transistor Tr1 is connected to the input terminal IN and is connected to the second bias voltage Bias2 through the inductor L1. Further, the drain DR of the transistor Tr1 is connected to the power supply VDD via a load element including the switch transistor Tr2 and the resistor R1. An output terminal OUT is provided at a connection point between the load element R1 and the drain DR. The switch transistor Tr2 is also a grounded gate transistor, and the amplifier has a configuration in which the grounded gate transistor is cascade-connected.

さらに,この高周波増幅器は,ドレインDRと出力端子OUTとの間に,2つのスイッチトランジスタTr3,Tr4を挟んで減衰器ATTが挿入されている。減衰器ATTは,トランジスタTr3,Tr4間の抵抗R3と,電源VDDに接続された抵抗R5とからなる。   Further, in this high frequency amplifier, an attenuator ATT is inserted between the drain DR and the output terminal OUT with the two switch transistors Tr3 and Tr4 interposed therebetween. The attenuator ATT includes a resistor R3 between the transistors Tr3 and Tr4 and a resistor R5 connected to the power supply VDD.

上記の高周波増幅器は,スイッチ信号SWXがHレベルでSWZがLレベルの時に,トランジスタTr2が導通し,トランジスタTr3,Tr4が非導通となり,減衰器ATTが切り離される。そして,ゲート接地の増幅用トランジスタTr1と負荷素子R1とでゲート接地アンプとして動作する。図4の右下に示されるとおり,2つのバイアス電圧Bias1,Bias2は,Bias1>Bias2の関係にある。そして,入力信号INPUTは,第2のバイアス電圧Bias2を中心に振幅する信号である。この入力信号INPUTが入力端子INに入力されると,増幅用トランジスタTr1のゲート・ソース間電圧が変化し,その変化に追従してドレイン電流Idが変化する。ドレイン電流Idは,負荷素子である抵抗R1に流れて,出力端子OUTに振幅が増幅された出力信号が発生する。   In the above high-frequency amplifier, when the switch signal SWX is H level and SWZ is L level, the transistor Tr2 is turned on, the transistors Tr3 and Tr4 are turned off, and the attenuator ATT is disconnected. The grounded amplifying transistor Tr1 and the load element R1 operate as a grounded gate amplifier. As shown in the lower right of FIG. 4, the two bias voltages Bias1 and Bias2 have a relationship of Bias1> Bias2. The input signal INPUT is a signal that swings around the second bias voltage Bias2. When the input signal INPUT is input to the input terminal IN, the gate-source voltage of the amplifying transistor Tr1 changes, and the drain current Id changes following the change. The drain current Id flows through the resistor R1, which is a load element, and an output signal whose amplitude is amplified is generated at the output terminal OUT.

ゲート接地の増幅用トランジスタTr1の相互コンダクタンスgmと負荷素子R1から増幅率が決まる。また,相互コンダクタンスgmを調整することで,広帯域で入力インピーダンスを所望の値,例えば50Ωに調整することができる。つまり,入力インピーダンスは,入力端子INから見ると,トランジスタTr1とスイッチトランジスタTr2と負荷素子R1とで決まる値であり,主にトランジスタTr1の相互インピーダンスgmの逆数(1/gm)で決まる。よって,トランジスタTr1の相互コンダクタンスgmを調整することで入力インピーダンスを所望の値に調整できる。この相互コンダクタンスgmは,ソース接地の場合と比較して周波数特性が少なく,よって広帯域で入力インピーダンスを整合することができる。このため、ゲート接地の増幅トランジスタは,それ自体で広帯域で増幅可能である。   The amplification factor is determined from the mutual conductance gm of the amplifying transistor Tr1 having a common gate and the load element R1. Further, by adjusting the mutual conductance gm, the input impedance can be adjusted to a desired value, for example, 50Ω in a wide band. That is, when viewed from the input terminal IN, the input impedance is a value determined by the transistor Tr1, the switch transistor Tr2, and the load element R1, and is determined mainly by the reciprocal (1 / gm) of the mutual impedance gm of the transistor Tr1. Therefore, the input impedance can be adjusted to a desired value by adjusting the mutual conductance gm of the transistor Tr1. This transconductance gm has less frequency characteristics compared to the case of grounded source, and can therefore match the input impedance over a wide band. Therefore, the gate-grounded amplifying transistor itself can be amplified in a wide band.

次に,高周波増幅器は,スイッチ信号SWXがLレベルでSWZがHレベルの時に,トランジスタTr2が非導通,トランジスタTr3,Tr4が導通し,減衰器ATTが接続される。つまり,増幅用トランジスタTr1のドレインDRと出力端子OUTとの間に,抵抗R3,R5からなる減衰器ATTが挿入される。入力信号INPUTによりドレイン電流Idが変化するが,そのドレイン電流Idは,負荷素子である抵抗R1に加えて,減衰器ATTの抵抗R5,R3にも流れる。これにより出力端子OUTでの信号振幅が抑えられ減衰され,強電界の入力であっても,増幅器の飽和が抑制される。   Next, in the high frequency amplifier, when the switch signal SWX is L level and SWZ is H level, the transistor Tr2 is non-conductive, the transistors Tr3 and Tr4 are conductive, and the attenuator ATT is connected. That is, an attenuator ATT composed of resistors R3 and R5 is inserted between the drain DR of the amplifying transistor Tr1 and the output terminal OUT. Although the drain current Id changes according to the input signal INPUT, the drain current Id flows to the resistors R5 and R3 of the attenuator ATT in addition to the resistor R1 that is a load element. As a result, the signal amplitude at the output terminal OUT is suppressed and attenuated, and the saturation of the amplifier is suppressed even when a strong electric field is input.

さらに,減衰器ATTは,負荷素子R1と並列に電源VDDに接続される抵抗R5を有する。これにより,減衰器ATTを挿入したことによる入力インピーダンスの上昇を低減し,入力インピーダンスが所望の値(例えば50Ω)に維持される。つまり,入力インピーダンスは,入力端子INからみて,トランジスタTr1,抵抗R3,並列抵抗R5,R1により決定するので,抵抗R5を負荷抵抗R1に並列に設けることで,減衰器ATTが挿入される減衰動作時での入力インピーダンスの上昇を抑えることができる。   Further, the attenuator ATT has a resistor R5 connected to the power supply VDD in parallel with the load element R1. Thereby, an increase in input impedance due to insertion of the attenuator ATT is reduced, and the input impedance is maintained at a desired value (for example, 50Ω). That is, since the input impedance is determined by the transistor Tr1, the resistor R3, the parallel resistors R5 and R1 when viewed from the input terminal IN, the attenuating operation in which the attenuator ATT is inserted by providing the resistor R5 in parallel with the load resistor R1. It is possible to suppress an increase in input impedance over time.

そして,減衰器ATTが抵抗素子R3,R5で構成されているので,周波数特性の影響を受けにくい。つまり,抵抗素子の場合,そのインピーダンスに周波数成分が含まれないので,減衰動作時でも,広帯域で入力インピーダンス整合が可能であり,入力端子での信号反射による信号劣化を防止することができる。   And since the attenuator ATT is comprised by resistance element R3, R5, it is hard to receive to the influence of a frequency characteristic. That is, in the case of a resistance element, since the frequency component is not included in the impedance, input impedance matching can be performed over a wide band even during an attenuation operation, and signal deterioration due to signal reflection at the input terminal can be prevented.

図5は,第2の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。この例において,図4の回路と異なるところは,減衰器ATTが抵抗R3,R5に加えてR4を有することにある。それ以外の構成は,図4の増幅器と同じである。   FIG. 5 is a circuit diagram of a high-frequency low-noise amplifier according to the second embodiment. In this example, the difference from the circuit of FIG. 4 is that the attenuator ATT has R4 in addition to the resistors R3 and R5. The other configuration is the same as that of the amplifier of FIG.

図5の増幅器で,トランジスタTr2が導通し,トランジスタTr3,Tr4が非導通になる増幅動作時は,図4の増幅器と同じになる。また,トランジスタTr2が非導通になり,トランジスタTr3,Tr4が導通する減衰動作の時は,次の通りである。まず,ドレインDRの信号が抵抗R3,R5による抵抗分割で減衰されその減衰された信号がノードN1に生成される。そして,その減衰されたノードN1の信号が,さらに,抵抗R4,R1により減衰され,減衰された信号が出力端子OUTに生成される。したがって,抵抗R4を挿入することで,図4の減衰時の動作よりも更に減衰率を高くすることができる。   In the amplifier of FIG. 5, the amplification operation in which the transistor Tr2 is turned on and the transistors Tr3 and Tr4 are turned off is the same as the amplifier of FIG. Further, the following operation is performed when the transistor Tr2 is turned off and the transistors Tr3 and Tr4 are turned on. First, the drain DR signal is attenuated by resistance division by the resistors R3 and R5, and the attenuated signal is generated at the node N1. The attenuated signal at the node N1 is further attenuated by the resistors R4 and R1, and an attenuated signal is generated at the output terminal OUT. Therefore, by inserting the resistor R4, the attenuation rate can be further increased as compared with the operation at the time of attenuation shown in FIG.

図5の高周波低雑音増幅器でも,図4の場合と同様に,広帯域での増幅動作が可能であると共に,減衰動作時において,広帯域で入力インピーダンス整合が可能である。そして,トランジスタTr1,Tr2,抵抗R1からなる増幅器と入力端子INとの間に,減衰器や切り換えスイッチなどの熱雑音源が設けられていないので,雑音指数の劣化を防止することができる。   The high-frequency low-noise amplifier of FIG. 5 can perform a wide-band amplification operation as in the case of FIG. 4, and can also perform input impedance matching over a wide band during the attenuation operation. Since no thermal noise source such as an attenuator or a changeover switch is provided between the amplifier consisting of the transistors Tr1, Tr2 and the resistor R1 and the input terminal IN, it is possible to prevent the noise figure from deteriorating.

図6は、第3の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。この例において図5の回路と異なるところは、減衰器の抵抗R5にグランドGNDが接続されていることにある。それ以外の構成は図5と同じである。かかる回路構成において,抵抗R5が電源VDDの代わりにグランドGNDに接続されているが,電源もグランドも大容量の電源であるので,小信号的には抵抗R1+R4と抵抗R5とが並列に接続されているのと等価である。したがって,抵抗R5により入力インピーダンスを低減することができる。また,抵抗R4により出力端子OUTの信号は減衰される。さらに,抵抗R3も設けることで,減衰率を更に高くすることができる。抵抗R3を省略しても,抵抗R4によりある程度の減衰を行うことができる。   FIG. 6 is a circuit diagram of a high-frequency low-noise amplifier according to the third embodiment. In this example, the difference from the circuit of FIG. 5 is that the ground GND is connected to the resistor R5 of the attenuator. Other configurations are the same as those in FIG. In such a circuit configuration, the resistor R5 is connected to the ground GND instead of the power supply VDD. However, since both the power supply and the ground are large-capacity power supplies, the resistor R1 + R4 and the resistor R5 are connected in parallel for small signals. Is equivalent to Therefore, the input impedance can be reduced by the resistor R5. Further, the signal at the output terminal OUT is attenuated by the resistor R4. Furthermore, the attenuation rate can be further increased by providing the resistor R3. Even if the resistor R3 is omitted, a certain amount of attenuation can be performed by the resistor R4.

図7は,第4の実施の形態における高周波低雑音増幅器の回路図である。この回路では,減衰器ATTが容量C1,C2,C3で構成され,容量C2はグランドGNDに接続される。容量C2は,第1,第2の実施の形態のように電源VDDに接続しても良い。グランドGNDも電源VDDもいずれも大容量の電源であるので,いずれもAC的には接地電源と等価である。それ以外の構成は,図4,5の増幅器と同じである。   FIG. 7 is a circuit diagram of a high-frequency low-noise amplifier according to the fourth embodiment. In this circuit, the attenuator ATT includes capacitors C1, C2, and C3, and the capacitor C2 is connected to the ground GND. The capacitor C2 may be connected to the power supply VDD as in the first and second embodiments. Since both the ground GND and the power source VDD are large-capacity power sources, both are equivalent to the ground power source in terms of AC. The other configuration is the same as that of the amplifier of FIGS.

この増幅器は,増幅動作時は,図4,5と同じようにトランジスタTr1,Tr2及び負荷素子R1からなるゲート接地の増幅器として動作し,広帯域で低雑音増幅することができるとともに,トランジスタTr1の相互インダクタンスを調整して,広帯域で入力インピーダンスを調整できる。一方,減衰動作時は,3つの容量で構成される減衰器ATTがドレインDRと出力端子OUTとの間に挿入される。この場合,容量C1,C2によるインピーダンス分割によりドレインDRの信号が減衰されてノードN1に生成され,ノードN1の信号がさらに抵抗R1と容量C3によるインピーダンス分割により減衰され出力端子OUTに減衰信号が出力される。   4 and 5, the amplifier operates as a gate-grounded amplifier composed of transistors Tr1 and Tr2 and a load element R1 in the same manner as in FIGS. The input impedance can be adjusted over a wide band by adjusting the inductance. On the other hand, during the attenuating operation, an attenuator ATT composed of three capacitors is inserted between the drain DR and the output terminal OUT. In this case, the signal at the drain DR is attenuated by the impedance division by the capacitors C1 and C2, and is generated at the node N1, and the signal at the node N1 is further attenuated by the impedance division by the resistor R1 and the capacitor C3, and an attenuation signal is output to the output terminal OUT. Is done.

第4の実施の形態の場合,減衰器ATTが3つの容量で構成されるので,それらのインピーダンスに周波数特性を有する。したがって,入力インピーダンスを整合できる周波数帯域が狭くなる点で,図4,5の例に劣る。   In the case of the fourth embodiment, since the attenuator ATT is composed of three capacitors, their impedance has frequency characteristics. Therefore, it is inferior to the examples in FIGS.

図8は,本実施の形態における減衰器付き増幅器シミュレーション結果を示す図である。この実施例は,図5に示した高周波低雑音増幅回路である。図8(A)は増幅動作時の入力電力対出力電力特性(Pin−Pout特性),図8(B)は減衰動作時の入力電力対出力電力特性(Pin−Pout特性)を示す。それぞれ,横軸が入力電力Pinを,縦軸が出力電圧Poutを表し、入力電力対出力電力特性(Pin−Pout特性)と,当該電力特性の理想的線形特性との差とが示される。   FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the amplifier with an attenuator in the present embodiment. This embodiment is the high frequency low noise amplifier circuit shown in FIG. FIG. 8A shows the input power versus output power characteristic (Pin-Pout characteristic) during the amplification operation, and FIG. 8B shows the input power versus output power characteristic (Pin-Pout characteristic) during the attenuation operation. The horizontal axis represents the input power Pin and the vertical axis represents the output voltage Pout, which shows the difference between the input power versus output power characteristic (Pin-Pout characteristic) and the ideal linear characteristic of the power characteristic.

増幅動作時では,入出力電力特性52と理想的な線形特性50との差54に示されるように,差54が1dBになる入力電力、入力P1dBは−25dBm程度である。この入力P1dB以下であれば,入出力電力特性52はほぼ線形な特性を有する。また,減衰動作時では,入出力電力特性62と理想的な線形特性60との差64に示されるように,入力P1dBは,入力電力Pinが−5dBm程度である。明らかに,増幅動作時よりも高いパワーの入力に対して線形特性を維持することができる。   At the time of amplification operation, as shown by the difference 54 between the input / output power characteristic 52 and the ideal linear characteristic 50, the input power at which the difference 54 becomes 1 dB, and the input P1dB is about −25 dBm. If the input is less than or equal to P1 dB, the input / output power characteristic 52 has a substantially linear characteristic. Further, during the attenuating operation, as indicated by the difference 64 between the input / output power characteristic 62 and the ideal linear characteristic 60, the input P1dB has an input power Pin of about −5 dBm. Obviously, the linear characteristic can be maintained with respect to the input of higher power than in the amplification operation.

以上説明したとおり,本実施の形態によれば,増幅回路の前段に熱雑音源となる減衰器やスイッチ手段を設けていないので,雑音指数を劣化することがない。また,減衰動作時に入力インピーダンスを広帯域な周波数で整合することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the attenuator and switch means serving as a thermal noise source are not provided in the previous stage of the amplifier circuit, the noise figure is not deteriorated. In addition, the input impedance can be matched with a wide frequency during the attenuation operation.

本発明は,広い帯域の入力信号を受信する高周波低雑音増幅器である。   The present invention is a high-frequency low-noise amplifier that receives a wide-band input signal.

Claims (6)

アンテナからの受信信号が入力される入力端子を有し受信信号を増幅する高周波増幅器において,
ゲートが高周波的に接地され,ソースに前記入力端子が接続されるゲート接地トランジスタと,
当該トランジスタのドレインと電源との間に設けられる負荷素子と,
前記ドレインと負荷素子との接続ノードに接続された出力端子とを有し,
さらに,前記ドレインと出力端子との間に選択的に挿入される減衰器を有する高周波増幅器。
In a high-frequency amplifier having an input terminal for receiving a reception signal from an antenna and amplifying the reception signal,
A gate-grounded transistor having a gate grounded at a high frequency and a source connected to the input terminal;
A load element provided between the drain of the transistor and the power source;
An output terminal connected to a connection node between the drain and the load element;
And a high-frequency amplifier having an attenuator selectively inserted between the drain and the output terminal.
請求項1において,前記ゲート接地トランジスタのドレインと出力端子との間に第1のスイッチトランジスタが設けられ,さらに,前記ドレインと減衰器との間に第2のスイッチトランジスタが,前記減衰器と出力端子との間に第3のスイッチトランジスタがそれぞれ設けられ,前記第1のスイッチトランジスタが導通し,第2及び第3のスイッチトランジスタが非導通の状態で減衰なしの増幅器となり,前記第1のスイッチトランジスタが非導通で,第2及び第3のスイッチトランジスタが導通の状態で減衰付き増幅器となる高周波増幅器。   2. The first switch transistor according to claim 1, wherein a first switch transistor is provided between the drain and the output terminal of the common-gate transistor, and a second switch transistor is provided between the drain and the attenuator. A third switch transistor is provided between the first switch transistor and the first switch transistor; the first switch transistor is conductive; the second and third switch transistors are non-conductive; A high frequency amplifier which becomes an amplifier with attenuation when the transistor is non-conductive and the second and third switch transistors are conductive. 請求項2において,前記減衰器は,第2及び第3のスイッチトランジスタの間に設けられる第1のインピーダンス素子と,前記第1のインピーダンス素子と電源との間に設けられる第2のインピーダンス素子とを有し,第2のインピーダンス素子と前記負荷素子とが並列に接続されている高周波増幅器。   The attenuator according to claim 2, wherein the attenuator includes a first impedance element provided between the second and third switch transistors, and a second impedance element provided between the first impedance element and a power source. A high frequency amplifier having a second impedance element and the load element connected in parallel. 請求項3において,前記減衰器は,さらに,前記第1のインピーダンス素子と出力端子との間に第3のインピーダンス素子を有する高周波増幅器。   4. The high-frequency amplifier according to claim 3, wherein the attenuator further includes a third impedance element between the first impedance element and an output terminal. 請求項4において,前記第1,第2,第3のインピーダンス素子は,抵抗素子または容量素子のいずれかである高周波増幅器。   5. The high-frequency amplifier according to claim 4, wherein the first, second, and third impedance elements are either resistance elements or capacitance elements. 請求項1において,前記ゲート接地トランジスタのゲートは,容量素子を介してグランドに接続されると共に,抵抗素子を介して第1のバイアス電圧に接続され,ソースは,インダクタを介して第2のバイアス電圧に接続されている高周波増幅器。
2. The gate of the grounded-gate transistor according to claim 1, wherein the gate is connected to the ground via a capacitive element, is connected to a first bias voltage via a resistive element, and the source is connected to a second bias via an inductor. High frequency amplifier connected to voltage.
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